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風廓線雷達（進行高空風場探測的遙感設備）

135次瀏覽 | 更新時間：2023-07-14

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這段文本描述了風廓線雷達的特點和用途。以下是對這段文本的總結和解讀：風廓線雷達是一種遙感設備，通過發(fā)射不同方向的電磁波束，并處理這些電磁波束因大氣垂直結構不均勻而返回的信息，來探測高空風場的變化情況。這種設備利用多普勒效應，能夠測量風向、風速等氣象要素隨高度的變化，具有探測時空分辨率高、自動化程度高等優(yōu)點。在風廓線雷達的基礎上，還可以增加聲發(fā)射裝置，構成無線電-聲探測系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以進一步增強風廓線雷達的性能，提高其探測效率和準確性。總之，風廓線雷達是一種高效、高精度的氣象探測設備，能夠快速獲取高空風場的變化情況，對于氣象預報、氣候研究等領域具有重要意義。

風廓線雷達

進行高空風場探測的遙感設備

風廓線雷達是通過向高空發(fā)射不同方向的電磁波束，接收并處理這些電磁波束因大氣垂直結構不均勻而返回的信息進行高空風場探測的一種遙感設備。風廓線雷達利用多普勒效應能夠探測其上空風向、風速等氣象要素隨高度的變化情況，具有探測時空分辨率高、自動化程度高等優(yōu)點。在風廓線雷達基礎上增加聲發(fā)射裝置構成無線電——聲探測系統(tǒng)，可以遙感探測大氣中溫度的垂直廓線。

基本信息

中文名

風廓線雷達

性質

專業(yè)術語

釋義

風場為主的多種數據產品

類型

速度、譜寬、信噪比

簡介

風廓線雷達能夠提供以風場為主的多種數據產品。其基本數據產品包括徑向速度、譜寬、信噪比、水平風向、水平風速、垂直速度和反映大氣湍流的折射率結構常數cn2等的廓線。

原理

大氣中折射率的不均勻能夠引起對電磁波的散射，其中大氣中的湍流活動導致折射率漲落而引起的散射（即湍流散射），散射層的運動和湍流塊的運動都可造成返回電磁波信號的多普勒頻移，采用多普勒技術可以獲得其相對于雷達的徑向速度，通過進行多射向的速度測量，在一定的假定條件下可估測出回波信號所在高度上的風向、風速和垂直運動，從而獲取大氣風廓線資料。用于這一探測目的的脈沖多普勒雷達稱為風廓線雷達。

工作頻帶

按照對風廓線探測高度需求的不同，風廓線雷達分為平流層風廓線雷達，對流層風廓線雷達和邊界層風廓線雷達三種，設備所采用的工作頻率也不有所不同，根據1997年世界無線電大會（WRC-97）為風廓線雷達業(yè)務劃分的頻段以及依據《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》和國際電信聯(lián)盟《無線電規(guī)則》第217號決議“風廓線雷達的實施”，風廓線雷達作為無線電定位業(yè)務，國內采用的頻率范圍為風廓線雷達通常使用電磁波頻率以及探

測高度如表所示

雷達類型	邊界層	對流層	平流層
工作頻率（MHZ）	1270－1295 ，1300－1375	440－4 50	46－68
探測高度(km)	0.1-3	0.6-16	3-30

歸屬分類

風廓線雷達(wind profiler)主要是利用大氣湍流對電磁波的散射作用對大氣風場等物理量進行探測的遙感設備。

根據天線制式的不同，風廓線雷達可以分為兩大類：一類是采用相控陣天線的風廓線雷達，另一類是采用拋物面天線的風廓線雷達，相控陣風廓線雷達體制適用于各種高度的探測，成為目前普遍采用的技術體制。近年來，也出現(xiàn)了拋物面天線的風廓線雷達，但是由于發(fā)射功率等技術條件的限制，拋物面天線風廓線雷達的探測高度僅限于邊界層。

因為風廓線雷達在進行氣流速度測量的同時，還要對氣流進行空間定位，所以不論是相控陣天線風廓線雷達，還是拋物面天線風廓線雷達，都需要發(fā)射脈沖電磁波并具有多普勒測速功能，因此，可以將風廓線雷達歸類于脈沖多普勒雷達，其中，采用相控陣體制的風廓線雷達也可以歸類于相控陣雷達。

根據探測高度的不同，可以將風廓線雷達分為邊界層風廓線雷達、對流層風廓線雷達以及中間層一平流層一對流層雷達(MST)。邊界層風廓線雷達的探測高度一般在3km左右，對流層風廓線雷達的探測高度一般在12一16km, (探測高度8km以下的稱為低對流層風廓線雷達)，MST雷達的探測高度可以達到中間層。

不同探測高度的風廓線雷達有著不同的應用領域。MST雷達一般用于高層大氣科學研究。對流層風廓線雷達，其組網觀測資料更適合用于數值天氣預報。邊界層風廓線雷達主要用于邊界層的觀測，其探測資料更適合于中小尺度的大氣科學研究、中小尺度短時預報、航空安全保障和空氣質量預報等社會服務領域。

根據雷達工作頻率的不同，大致可以將風廓線雷達分為甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)和L波段三種類型。由于湍流散射機制的限制，探測高度越高選用的波長就越長。因為探測高度與雷達波長之間存在著制約關系，所以按探測高度的分類方法和按雷達工作波長的分類方法存在一定的相關性，但又不完全對應。大致上講，邊界層風廓線雷達選用L波段、對流層風廓線雷達選用UHF( P波段)、探測高度在平流層以上的風廓線雷達大致選用VHF。

作用

風廓線雷達能夠實時提供大氣的三維風場信息，增加無線電-聲探測系統(tǒng)（RASS），可實現(xiàn)對大氣風、溫等要素的連續(xù)遙感探測，是一種新的高空大氣探測系統(tǒng)。與常規(guī)大氣探測設備相比，風廓線雷達在探測精度、垂直分辨率和探測時間間隔等方面是其它觀測系統(tǒng)所無法比擬的。間距適中、布局合理的風廓線雷達網在氣象業(yè)務和氣象研究、航天航空氣象、環(huán)境監(jiān)測、軍事氣象保障以及緊急突發(fā)事件保障、防災減災等方面都可以發(fā)揮重要作用。

特點

(1)獲取資料的時間和空間分辨率高，風廓線雷達的測量具有很高的時間和空間分辨率。測量數據輸出的時間間隔可以短到幾分鐘，數據的空間分辨率一般在幾十米的量級，可以給出較密的廓線資料。從此意義上講風廓線雷達的測量具有連續(xù)和實時的特點。

(2)獲取資料的種類多，風廓線雷達能夠提供多種氣象信息。風廓線及其隨時間的演變是風廓線雷達提供的基本氣象資料，包括水平風廓和垂直風廓線等。在獲取風場資料的同時，從連續(xù)的觀測數據序列中，可以分析出切變線、大氣重力波動和大氣穩(wěn)定度等信息。通過多波束的測量可以估算水平散度和變形量等更多的氣象信息。從Doppler譜寬可以獲取湍流信息，從雷達反射率可以得到反映湍流強度的湍流結構常數。總之，風廓線雷達在提供詳細的風場結構及其隨時間演變的同時，還能夠提供大量的可以用于大氣科學研究和天氣預報的有用信息。特別是，常規(guī)探測手段很難獲取這些資料。

(3)遙感方式，風廓線雷達屬于遙感風速計，特別適合需要無球探測的場合，如機場的測風應用。

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